第三章 交变电流与远距离输电 单元检测卷 -2025-2026学年高二下学期物理鲁科版选择性必修第二册

第3章 交变电流与远距离输电 第3章·单元检测卷 考查范围：交变电流的特点、交变电流的产生 一、选择题：本题共12小题，每小题5分，共60分。 1.下图中不属于交变电流的是( ) A. B. C. D. 2.现在世界各国生产生活用电基本为交流电。某地区所使用交流电的电压随时间的变化规律如图所示，将理想交流电流表与阻值为的电阻串联后接在该交流电压两端。下列判断正确的是( ) A.该交流电的频率为120 Hz B.该交流电的方向每分钟变换3600次 C.该交流电的电压有效值约为110 V D.理想交流电流表的示数为5 A 3.A、B是两个完全相同的电热器，当A通以图甲所示的方波式交变电流，B通以图乙所示的正弦式交变电流时，A、B的发热功率相等。则为( ) A. B. C. D. 4.某交变电流的图像如图所示，其有效值为( ) A. B. C.1 A D. 5.通过某用电器的电流和时间的关系图像如图所示（前半个周期为正弦波形的），则该交变电流的有效值为( ) A. B. C. D. 6.如图所示，匀强磁场的左边界为，磁场方向垂直于纸面向里、磁感应强度大小为B。时刻，面积为S的单匝三角形线圈与磁场垂直，三分之二的面积处于磁场中。当线圈绕以角速度ω匀速转动，产生感应电动势的有效值为( ) A. B. C. D. 7.如图，足够长的两平行光滑金属导轨MN、PQ水平放置，间距，导轨中间分布有磁感应强度大小为1 T的匀强磁场，磁场边界为正弦曲线。一粗细均匀的导体棒以10 m/s的速度向右匀速滑动，定值电阻R的阻值为1 Ω，导体棒接入电路的电阻也为1 Ω，二极管D正向电阻为零，反向电阻无穷大，导轨电阻不计，下列说法正确的是( ) A.理想电压表示数为 B.导体棒运动到图示位置时，有电流流过电阻R C.导体棒上的热功率为6.25 W D.流经电阻R的最大电流为10 A 8.如图甲所示，可利用二极管将交变电流变为直流，a、b为正弦式交变电流信号输入端，D为半导体二极管，R为定值电阻。信号输入后，电阻R两端的电压如图乙所示，下列选项正确的是( ) A.交变电流的频率为100 Hz B.R两端电压的有效值为 C.若电阻，1 min内R产生的热量为 D.一个标有“”的电容器并联在电阻R两端，电容器可以正常工作 9.如图甲所示，在匀强磁场中，一金属线圈两次以不同的转速绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势随时间变化的图像分别如图乙中曲线a、b所示，则( ) A.两次时刻穿过线圈的磁通量均为零 B.曲线a表示的交变电动势的最大值为25 V C.曲线b表示的交变电动势有效值为20 V D.曲线a、b对应的线圈转速之比为3:2 10.一台小型发电机产生的电动势随时间按正弦规律变化，如图甲所示。已知发电机的线圈内阻为，外接灯泡的电阻为，如图乙所示，则( ) A.t从0到0.01 s内，通过灯泡的电荷量为 B.时，穿过发电机线圈的磁通量为零 C.电路中的电流方向每秒钟改变50次 D.交流电压表的示数为220 V 11.（多选）某次科技节上，小明制作了一个风力发电机模型如图甲所示。空气流动带动风叶下方的磁铁旋转，引起线圈中磁通量发生变化，产生交变电流。某稳定风速环境下，电压传感器上得到的发电机电动势u随时间t变化的关系如图乙所示，则( ) A.该交流电的频率为2.5 Hz B.风力发电机产生的感应电动势的有效值为6 V C.若仅增大风速，使磁铁转速加倍，则电动势的表达式为 D.将击穿电压为15 V的电容器接到电压传感器两端，在各种风速环境下电容器均安全工作 12.（多选）如图所示是简化的某种旋转磁极式发电机原理图。定子是仅匝数n不同的两线圈，，二者轴线在同一平面内且相互垂直，两线圈到其轴线交点O的距离相等，且均连接阻值为R的电阻，转子是中心在O点的条形磁铁，绕O点在该平面内匀速转动时，两线圈输出正弦式交变电流。不计线圈电阻、自感及两线圈间的相互影响，下列说法正确的是( ) A.两线圈产生的感应电动势的有效值相等 B.两线圈产生的交变电流频率相等 C.两线圈中交流电的相位差恒为 D.两电阻消耗的电功率相等 二、非选择题：本题共2小题，共40分。 13.（20分）如图所示，线圈abcd的面积是，共100匝，线圈电阻为，外接电阻，匀强磁场的磁感应强度大小为，当线圈以300 r/mim的转速匀速转动时。求： （1）转动过程中感应电动势的最大值和有效值； （2）电路中交流电流表的示数； （3）线圈由图示位置转过的过程中，交变电动势的平均值； （4）图示位置穿过线圈磁通量的变化率。 14.（20分）动能回收系统（Kinetic Energy Recovery System）是新能源汽车时代一项重要的技术，其主要原理是利用电磁制动回收动能以替代传统的刹车制动模式，其能源节省率高达37%。其原理为，当放开油门进行轻制动时，汽车由于惯性会继续前行，此时回收系统会让机械组拖拽发电机线圈，切割磁场并产生感应电流对电池进行供电。设汽车的质量为M，若把动能回收系统的发电机看成理想模型：线圈匝数为N，面积为S，总电阻为r，且近似置于一磁感应强度大小为B的匀强磁场中。假设整个电池组等效成一外部电阻R。 （1）若汽车系统显示发电机组此时的转速为n，则此时能向外提供多少有效充电电压？ （2）某厂家研发部为了把能量利用达到最大化，想通过设计“磁回收”悬挂装置对汽车行驶过程中的微小震动能量回收，实现行驶更平稳、更节能的目的。其装置设计视图如图甲、乙所示，其中，避震筒的直径为D，震筒内有辐向磁场且匝数为的线圈所处位置磁感应强度大小均为，线圈内阻及充电电路总电阻为，外力驱动线圈，使得线圈沿着轴线方向往复运动，其纵向震动速度-时间图像如图丙所示，忽略所有的摩擦。试写出此避震装置提供的电磁阻力随时间变化的表达式。 1.答案：D参考答案 解析：A（×）B（×）C（×）大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫交变电流，则A、B、C三项都是交变电流，故A、B、C不符合题意。 D（√）图像中电流的方向不变，不是交变电流，故D符合题意。 2.答案：C 解析：A（×）B（×）由题图可知该交流电的周期为.频率为60 Hz，交流电的方向在一个周期内变换2次，则1分钟该交流电的方向变换7200次。 C（√）该交流电电压的有效值为。 D（×），理想交流电流表显示的是电流的有效值，应为。 3.答案：C 解析：对题图甲的交变电流分析，将一个周期根据波形等分2段，计算每段有效值的平方，求平均值并开方，故 对题图乙的交变电流分析可知，其为正弦式交变电流，故其有效值为 A、B的发热功率相等且电阻相等，根据可知，解得，故选C。 4.答案：A 解析：第一步：将一个周期根据波形n等分。 这里2等分即可。 第二步：计算每段有效值的平方。 ①余弦电流的有效值。。 ②恒定电流段有。 第三、四步：求平均值并开方。 ，故选A。 5.答案：C 解析：第一步：将一个周期根据波形n等分。 根据波形分段时，发现两段时间不一样，可以拆段，这里根据波形4等分。 第二步：计算每段有效值的平方。 ①余弦电流的有效值。； ②； ③恒定电流段有。 第三、四步：求平均值并开方。 该交变电流的有效值， 故选C。 6.答案：A 解析：第一步：将一个周期进行n等分。 当三分之二的面积处于磁场中转动时，转动时间为；当三分之一的面积处于磁场中转动时，转动时间为。因此将一个周期进行2等分。 第二步：计算每段有效值的平方。 第一段感应电动势的最大值，有效值，其平方即为；第二段感应电动势的最大值，有效值，其平方即为。 第三、四步：求平均值并开方。 ，故选A。 7.答案：C 解析：A（×）D（×）导体棒切割磁感线时，产生的最大感应电动势，由闭合电路欧姆定律可知，流经电阻R的电流最大值为，设电流的有效值为I，由于二极管的单向导电性和有效值的定义式有，可得流经电阻R的电流有效值为，可得理想电压表示数为。 B（×）导体棒运动到题图所示位置时，由右手定则判定，导体棒上的感应电动势方向由a到b，二极管反向截止，没有电流流过电阻R。 C（√）导体棒中的有效电流为2.5 A，由焦耳定律可得导体棒上的热功率为。 8.答案：C 解析：A（×）由题图乙可知交变电流的周期为，交变电流的频率为。 B（×）将一个周期根据波形2等分，计算每段有效值的平方，求平均值并开方，则R两端电压的有效值为。 C（√）若电阻，1 min内R产生的热量为。 D（×）R两端电压的最大值为100 V，大于电容器最大耐压值90 V，故一个标有“”的电容器并联在电阻R两端，电容器不可以正常工作。 9.答案：D 解析：A（×）两次时刻线圈产生的感应电动势均为零，可知此时穿过线圈的磁通量变化量均为零，但穿过线圈的磁通量均最大。 B（×）由题图乙可知，曲线a表示的交变电动势的最大值为30 V。 C（×）由题图乙可知，曲线a、b对应的周期之比为，则角速度之比为。根据电动势最大值表达式可知，故曲线a、b对应的电动势最大值之比为，可得曲线b表示的交变电动势最大值为，曲线b表示的交变电动势有效值为。 D（√）根据可知曲线a、b对应的线圈转速之比为。 10.答案：A 解析：A（√）发电机产生的感应电动势的最大值为，则到内.磁通量的变化量为，发电机产生的感应电动势的平均值为，通过灯泡的电流的平均值为；到内通过灯泡的电荷量为。到内，通过灯泡的电荷量为，根据题图甲和已知条件可知，，代入上式得。 B（×）根据题图甲可知，0.01 s时发电机产生的感应电动势为零，则此时穿过发电机线圈的磁通量为最大值，即。 C（×）发电机中产生的交变电流的周期为0.02 s，频率为50 Hz，电路中的电流方向每秒钟改变100次。 D（×）交流电压表的示数为发电机输出的正弦交变电压的有效值，即，将各已知量代入解得。 11.答案：AC 解析：A（√）由题图乙可得交流电的周期是，则根据可得该交流电的频率为2.5 Hz。 B（×）由题图乙可得交流电的电动势的最大值，根据可得风力发电机产生的感应电动势的有效值为。 C（√）转动的角速度，则电动势的瞬时表达式为，使磁铁转速加倍时，转动的角速度加倍，产生的电动势的最大值加倍，则电动势的表达式为。 D（×）因为风速增大，磁铁转速加大，则产生的交流电的电动势就会增大，有可能电动势大于15 V，所以击穿电压为15 V的电容器接到电压传感器两端，在各种风速环境下电容器不一定安全工作。 12.答案：BC 解析： 故选BC。 13.答案：（1）100 V； （2） （3） （4）0 解析：（1）由题意知交流电的频率为 故角速度为 则电动势的最大值为 感应电动势的有效值为。 （2）线圈电阻为，外接电阻，根据闭合电路欧姆定律，可得交流电流表的示数为。 （3）线圈由图示位置转过的过程中磁通量的变化量 则这段时间内交变电动势的平均值为。 （4）题图所示位置为中性面，从图示位置开始，穿过线圈的磁通量表达式为，故图示位置穿过线圈的磁通量最大，其磁通量的变化率为零。 14.答案：（1） （2） 解析：（1）线圈转动产生的交变电流的电动势最大值为 由题意得，电动势的有效值为 由闭合电路欧姆定律，可得电池组获得的实际充电电压为 又因 联立解得。 （2）电磁避震筒通过切割辐向磁场产生感应电流，其电动势表达式为， 由题图丙可知，阻尼线圈的切割速度函数表达式为， 线圈中的总电流 感应电流产生的安培力与运动方向相反且其大小为 联立解得。 学科网（北京）股份有限公司 $